一种编队驾驶系统的制作方法

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种编队驾驶系统。

背景技术：

编队驾驶分为纵向队列驾驶和阵列驾驶，通常公路上的编队驾驶一般属于纵向队列驾驶，编队驾驶技术的核心是在编队车辆行驶过程中需要保持一定的间距，纵向队列驾驶需要保持与前后车辆的间距，阵列驾驶不但要保持与前后车辆的间距，同时还要保持与两侧车辆的间距。目前，编队驾驶都是采用直接测距进行速度跟踪，由于前方车辆的行驶速度是变化的，后方车辆在跟随过程中，车速也必须做相应的变化，但因车辆的实际控制系统都具有一定的超调量，且其动力系统还存在较大的响应时间，当编队中后方的车辆在跟随前方变速行驶的车辆时，就极容易出现车距的震荡，必须设定足够大的车距才能防止因震荡而追尾。显然这种震荡的存在对于高精度、快速驾驶的编队是不能接受的。为了解决这一问题，专利号为cn201711241245.3名称为一种车辆协作式编队行驶方法及系统的专利、专利号为cn106994969名称为一种车队编队驾驶系统及方法的专利、专利号为cn107010064名称一种车队编队驾驶方法及系统的专利、专利号为cn10841542名称为一种基于扰动观测器的多无人车编队驾驶控制方法的专利等公开了一些编队驾驶系统，上述这些编队驾驶系统基本都是采用编队后续车辆共同跟踪首车车速以达到编队间距稳定的方法，或者采用每辆跟车自动跟随车队中位于其前方且与之相邻的车辆行驶的方式实现编队内各车辆的间距稳定。但上述这些技术方案中由于首辆车实际车速的不稳定性，导致编队车辆间的车距仍难于获得精确控制，对于高速、小车距编队，其危险性仍然很大。因此有必要提出改进。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：提供一种编队驾驶系统，本发明中的编队车辆组采用虚拟队形、精确逼近的原理对编队中的车辆进行位移控制，使编队车辆组中的各车根据自身实际位置与虚拟位置之间的偏差自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，使编队中各车辆能够快速归位并消除震荡，有效保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状。

本发明采用的技术方案：一种编队驾驶系统，包括需按照规定位置和相同速度进行编队驾驶的编队车辆组，所述编队车辆组中的每辆车上均安装有自动驾驶模块、无线网络通讯模块和定位模块，所述每辆车上的自动驾驶模块、无线网络通讯模块和定位模块相连，所述编队车辆组中的其中一辆车为指挥车，所述指挥车的自动驾驶模块内的cpu对编队车辆组中的各车辆按照预先规定的位置间隔生成一个虚拟的、运动的虚拟队形图，所述指挥车的自动驾驶模块内的cpu通过无线网络通讯模块收集编队车辆组中每辆车的实时定位信息、计算各车的实际位置与其在虚拟队形图中位置的偏差值、并将偏差值通过无线网络通讯模块发送给编队车辆组内的所有对应车辆；所述编队车辆组中各车的自动驾驶模块内的cpu按照指挥车发来的位置偏差值微调自身车速及方向且使自身的实际位置与虚拟位置趋向重合。

其中，所述编队车辆组为按纵向排列且保持与前后车之间间距稳定的队列编队车辆组，所述队列编队车辆组的每辆车上安装有自动驾驶模块，所述队列编队车辆组中的其中一辆车为指挥车，所述指挥车上自动驾驶模块内的cpu对队列编队车辆组按照预先规定的位置间隔生成一个虚拟的、运动的虚拟队形图；队列编队车辆组行进时，所有车辆都按指挥车发出的虚拟编队的速度行进；所述指挥车上安装有无线电测距机，所述队列编队车辆组的其它每辆车上安装无线电测距应答机，所述队列编队车辆组中每辆车上的无线网络通讯模块采用无线电台和路由器，所述的指挥车可获得各车相对指挥车的实际距离，所述指挥车上自动驾驶模块内的cpu将每辆车的实时相对位置与虚拟队形图进行比较、计算各车辆的实际位置与其在虚拟队形图中位置的偏差值、并通过无线电数据链将计算出的偏差值发送给所述队列编队车辆组内的所有对应车辆，所述队列编队车辆组内各车的自动驾驶模块内的cpu根据收到的位置偏差值微调自身车速使自身的实际位置与虚拟位置趋向重合。

进一步地，所述指挥车上安装有无线电测距机，所述队列编队车辆组的其它每辆车上安装无线电测距应答机，所述队列编队车辆组中每辆车上的无线网络通讯模块采用无线电台和路由器，所述指挥车通过无线电应答测距测得所述队列编队车辆组中每辆车同一时间到指挥车上的距离并求解以指挥车为圆心，指挥车到各车的距离为半径的一组圆方程，就所述的指挥车可获得各车相对指挥车的实时相对位置坐标，所述指挥车上自动驾驶模块内的cpu计算各车辆的实际位置与其在虚拟队形图中位置的偏差值、并通过无线电数据链将计算出的偏差值发送给所述队列编队车辆组内的所有对应车辆，所述队列编队车辆组内各车的自动驾驶模块内的cpu根据收到的位置偏差值微调自身车速使自身的实际位置与虚拟位置趋向重合。

进一步地，所述无线电台采用自组网无线电台，所述队列编队车辆组内每辆能够加入编队的车辆都装备有自组网无线电台，所述队列编队车辆组中的所有自组网无线电台具有相同的频带、调制方式和通信协议，在所述队列编队车辆组后方的外部车辆要加入编队或编队试图让编队前方的外部车辆领跑时，都需要先向前方车辆发出编队请求，得到前方车辆同意后，所述队列驾驶车辆组内所有的驾驶系统都将与编队捆绑在一起并由新编队的最前面的车辆充当指挥车。

其中，所述编队车辆为由多辆车组成的阵列编队车辆组，所述阵列编队车辆组中每辆车上安装有自动驾驶模块、无线网络通讯模块和定位模块，所述阵列编队车辆组中的其中一辆车为指挥车，所述指挥车的自动驾驶模块内的cpu按照预先设计的阵列间隔和运动的速度曲线，在开始运行时生成一个虚拟的、运动的虚拟阵列队形图；所述指挥车通过无线电数据链将虚拟阵列的各车理论位置和理论车速信息实时发送给所有对应车辆，所述阵列编队车辆组中的各车上的自动驾驶模块内的cpu都会以指挥车发出的编队车速进行运行，同时分析自身的实际位置与虚拟位置的差距，并将差距值作为速度和方向角的调整参数，从而使自身的实际位置都与虚拟位置高度重合。

进一步地，所述阵列编队车辆组的指挥车上安装一个定向平台，所述定向平台上至少安装两个无线电应答式测距发射机，所述阵列编队车辆组内的其它车上都各安装一台测距应答器，所述定向平台的转轴安装有方向伺服装置，所述方向伺服装置在行进时控制定向平台的方向不受车辆实际行驶方向的影响且始终与设计方向保持一致。

进一步地，所述阵列编队车辆组的无线电应答式测距发射机采用无线电同步计时工作方式，具体包括，在所述指挥车的定向平台上设置至少两个无线电发射基站，规定无线电发射基站的测距信号的发送时间与频率，所述阵列编队车辆组中其它车上均安装无线电接收机，所述指挥车的无线电发射基站和各车辆上的无线电接收机的本振频率均同步于同一个标准频率，在作业前用相同长度的馈线将编队所有车辆的无线电应答式测距收发机与对时开关并连，之后统一进行对时，通过记录无线电发射基站到各车辆无线电接收机测距的收到时间，就可以确定车辆接收天线与基站发射天线的距离，进而推算出各车与基站的实际相对位置。

所述编队车辆组中指挥车的cpu只需要按照预先设计的队列间隔，生成一个虚拟的、运动的虚拟队形图，并通过无线通信数据链发送给编队车辆组中的每一辆车，各车辆自动驾驶模块的cpu分析自身的实际位置与虚拟位置的差距值，并以此差距值作为速度微调的参数，使车辆的实际位置都与虚拟位置趋向重合。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案中的编队车辆组采用虚拟队形结合精确逼近的原理对并对中车辆进行位移控制，使编队车辆组中的各车辆自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状，能够满足大型飞艇的分布式锚泊车放飞和其它特殊运动的要求；

2、本方案中编队车辆组采用虚拟队形位移控制，可以获得最小的编队行驶间距，有利于提高编队密度和实现在行进中相互充电；

3、本方案中使用具有扩频技术的自组网无限电台组成的临时局域网，其抗干扰能力强，传输速率高，实现编队中车辆之间信号稳定有效的传输；

4、本方案中采用两个以上主动基站的无线电应答式测距，在通过自动驾驶模块的cpu解算时，可以不依赖卫星定位导航获得高精度的编队实时位置图，提高编队内数据获取的准确性。

附图说明

图1为本发明中队列编队车辆组的驾驶示意图；

图2为本发明中阵列编队车辆组的一种驾驶示意图；

图3为本发明中阵列编队车辆组的另一种驾驶示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-3详述本发明的实施例：

实施例1；一种编队驾驶系统，包括编队车辆组，如图1所示，所述编队车辆组是由4辆车组成且按纵向排列保持与前后车辆间距的队列编队车辆组1，所述队列编队车辆组1的每辆车上安装有自动驾驶模块、无线网络通讯模块和定位模块。为便于说明，假设每辆车都能正确的沿道路中心线行驶且定位模块都安装在各车辆的俯视轮廓的几何中心，首辆车作为指挥车，指挥车的自动驾驶模块除了要控制本车外还要充当编队指挥cpu。所述指挥车上安装有多组无线电测距基站，所述队列编队车辆组1的其它每辆车上安装无线电测距应答机，组成本编队的定位模块，所述队列编队车辆组1中每辆车上的无线网络通讯模块采用无线电台。所述指挥车的自动驾驶模块内的cpu对队列编队车辆组1按照预先规定的位置间隔生成一个虚拟的、运动的虚拟队形图并以设定速度v自动巡航；实际的每辆车行驶的速度v’因受各种因素的影响会与v存在差值，导致车辆在行驶中的即时位置与其在虚拟车队中的位置存在一定的偏差δ，指挥车的自动驾驶模块内的cpu将每辆车的实时相对位置与其在虚拟队形图中的位置进行比较、计算各车辆的实际位置与其在虚拟队形图中位置的偏差值δ、并通过无线电数据链将计算出的偏差值δ发送给队列编队车辆组1内的所有对应车辆，队列编队车辆组1内各车辆的自动驾驶模块的cpu根据收到的位置偏差值δ作为对自身速度v’的修正量，微调自身车速和方向且使自身的实际位置与虚拟位置趋向重合。由于每辆车在修正车速时不受前车速度和与前车距离变化的干扰，采用简单的一阶或二阶控制就可以精确、快速的修正车辆的即时位置，从而使调整过程不会出现车距震荡现象。

对于一般公路行驶的编队车辆，虚拟车队只需要保持规定的车距，具体队形应按照设定的车距和道路的的曲率确定；而对于要求保持队形姿态的特殊编队，虚拟车队在保持车距不变的同时还需要使各车之间的相对位置保持稳定。

本实施例中，所述无线电台采用自组网无线电台，所述队列编队车辆组1内每辆能够加入编队的车辆都装备有自组网无线电台，所述队列编队车辆组1中的所有自组网无线电台具有相同的频带、调制方式和通信协议，在所述队列编队车辆组1后方的车辆要加入编队或编队试图让前方车辆领跑时，都需要先向前方车辆发出编队请求，得到前方车辆同意后，所述队列驾驶车辆组1内所有的驾驶系统都将与编队捆绑在一起并由新编队的最前面的车辆充当指挥车，编队中各车辆的车速控制转入自动控制。

实施例2：一种编队驾驶系统，包括编队车辆组，所述编队车辆为多辆车辆组成的阵列编队车辆组2，如图2所示的是一种阵列编队车辆组2的示例。阵列编队车辆组2中由多列数量不等的车辆组成的阵列，在做直线行驶时队形整齐、各车之间的间距保持不变。所述阵列编队车辆组2中每辆车辆上安装有自动驾驶模块、无线网络通讯模块和定位模块。为了在运动中实时测量阵列编队中每一辆车的具体位置，本实施例中设定阵列编队车辆组2前部的一辆车为指挥车21，指挥车21上安装了一个能绕该车中心旋转定向平台22，所述定向平台22为两个处于一条线上的长臂，所述定向平台22的长臂顶端上安装无线电发射基站，所述阵列编队车辆组2内的其它车辆都各安装一台无线电接收器，所述定向平台22的转轴安装有方向伺服装置，所述方向伺服装置能在行进时控制长臂的方向与设计的行进轨迹始终垂直，不受车辆实际行驶方向的影响且始终与设计方向保持一致。

阵列编队车辆组2一般需要三个以上的基站才能确定每辆车的位置，本实施例由于已知其它车辆都在两个无线电测距基站的同一侧，故只需要两个基站就可以计算出每辆车的位置。

阵列编队车辆组2在行进开始前，指挥车21上自动驾驶模块内的cpu首先按照阵列编队的几何参数设计生成一个虚拟的、运动的虚拟阵列队形图，给每辆车都设定一个虚拟位置，然后再设计编队的运行轨迹。开始自动行驶后，长臂的方向伺服装置将根据指北针给定的基准方向，按照设计的编队运行轨迹调整长臂的方向，每辆车都按照相同的车速开始行进。指挥车21的自动驾驶模块的cpu读取无线电测距系统得出的阵列编队实际位置图，并将每一辆车的实际位置与虚拟位置进行比较，通过无线电数据链将虚拟阵列的各车理论位置和理论车速信息实时发送给所有对应车辆，所述阵列编队车辆组2中的各车上的自动驾驶模块的cpu都会以指挥车21发出的编队车速进行运行，同时分析自身的实际位置与虚拟位置的差距，并将差距值作为速度和方向角的调整参数，从而使自身的实际位置都与虚拟位置高度重合。

本实施例中，所述定位模块采用无线电同步计时工作方式，规定无线电发射基站的发送时间与频率，将无线电接收器收到测距信号的时间减去。系统运行之前，先将编队车辆的位置排列好，然后将检测到的距离对零，以后只要车辆在行进中的位置相对无线电发射基站发生变化，无线电接收器的信号就会做相应的变化。由于行动前已经进行了对零，无线电接收器测的数据实际上就是车辆相对虚拟位置的偏差值。

实施例3：一种编队驾驶系统，包括编队车辆组，所述编队车辆为多辆车组成的阵列编队车辆组2，如图3所示的是另一种阵列编队车辆组2的示例，与实施例2相似，在阵列编队车辆组2的中部选一辆车作为编队的指挥车21，指挥车21上的自动驾驶模块内的cpu首先按照阵列编队的几何参数设计虚拟编队，给每辆车都设定一个虚拟位置。因其它车辆分布在指挥车的前后左右，要测定编队中其它车辆的相对位置，至少需要使用三个不在同一直线上的测距基站。具体的，在指挥车21上安装了一个能绕该车中心旋转的定向平台22，所述定向平台22采用三爪长臂，每个长臂的端点安装一个无线电测距发射基站，三爪长臂的中心的垂直转轴上安装有方向伺服装置，能在车辆行进时控制三爪长臂的方向与设计的理论方向一致。阵列编队车辆组2中其它每辆车上都安装一个无线电测距接收机，所有的无线电测距发射基站和无线电测距接收机都采用无线电同步计时工作方式。运行前首先通过其它测量仪器使每辆车都准确的停在设计的编队位置上，然后阵列编队车辆组2内所有车辆的无线电测距发射基站和无线电测距接收机的内部震荡频率都与同一个标准时间的频率信号同步，然后用一根或多根长度相等的同轴电缆设置发送零时刻，使无线电测距发射基和无线电测距接收机的时钟同步。三个无线电测距发射基站间隔数ms轮流发射一组包含一个编号戳和时间戳的伪随机编码的扩频信号。每个无线电测距接收机收到三个无线电测距发射基的信号，已知三个无线电测距发射基之间的位置坐标，求解一组圆方程就可以求得无线电测距接收机与编队指挥车21的相对位置坐标。阵列编队车辆组2中各车将计算出的相对位置坐标通过无线电网络传输给指挥车21的自动驾驶模块内的cpu。行进时，指挥车21通过无线电数据链下达统一的行进速度等参数，及时获取每一辆车的定位信息，计算出实际位置与虚拟位置的差值，并将这些差值作为各车辆的位置修正量发给每个车。每个车的自动驾驶模块用这些差值修正原本名义上相同的行进速度，使得每辆车的实际速度保持高度一致并消除积累的相对位置误差，使车辆在编队中的相对位置保持不变。

实施例4，实施例3中所述编队驾驶系统的无线电应答式测距定位采用无线电同步计时工作方式，在指挥车的定向平台22上设置至少两个无线电发射基站，编队中所有车辆的无线电应答式测距收发机的本机震荡器都锁定于同一个无线电标准频率源。在作业前用相同长度的馈线将编队所有车辆的无线电应答式测距收发机与对时开关并连，之后统一进行对时，指挥车21按照规定的发送时间和频率发射测距信号，各车辆上的无线电接收机收到信号的时间与规定发送的时间差值就是无线电信号从指挥车的某个无线电发射基站传输到其它车辆无线电接收机的时间，乘以光速就可以得到各车辆接收天线与某个测距机发射天线的距离，通过求解圆方程组可以求得各车与指挥车的实际相对位置。

本发明中编队车辆组采用虚拟队形、精确逼近的原理进行位移控制，使编队车辆组中的各车辆根据自身实际位置与虚拟位置之间的偏差自行微调自身的实际位置与虚拟位置趋向重合，使编队中各车辆能够快速归位并消除震荡，有效保证编队中各车辆在行进时保持精确地阵列形状。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。